FR3124219A1 - organe de chauffage et système de purification de gaz d’échappement d’un moteur thermique - Google Patents

organe de chauffage et système de purification de gaz d’échappement d’un moteur thermique Download PDF

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Christophe Basso
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Abstract

Organe de chauffage (31) comprenant un circuit de branches constitué de branches (32) reliées deux à deux par au moins un élément de connexion (34), dans lequel chaque branche (32) est constituée d’au moins une grille présentant un axe de grille et comportant un réseau de mailles constitué de mailles comportant chacune au moins deux brins reliés par au moins deux nœuds de manière à délimiter une ouverture. Figure de l’abrégé : Figure 2

Description

organe de chauffage et système de purification de gaz d’échappement d’un moteur thermique
L’invention s’applique au traitement d’un flux de gaz d’échappement d’un moteur thermique pour en réduire la teneur en particules polluantes telles que les oxydes d’azote (NOx), le monoxyde de carbone (CO) et les particules d’hydrocarbure imbrûlées.
En particulier, la présente divulgation se rapporte à un organe de chauffage pour un système de purification de gaz d’échappement d’un moteur thermique. Elle se rapporte également à un système de purification de gaz d’échappement comprenant un tel organe de chauffage.
Pour réduire la teneur en particules polluantes d’un flux de gaz d’échappement émanant d’un moteur thermique, il est connu d’utiliser un système de purification de gaz d’échappement. Sans y être limité, un tel système de purification peut être utilisé dans une ligne d’échappement d’un véhicule. Il est généralement interposé entre un ou plusieurs conduits d’échappement collectant le flux de gaz d’échappement provenant du moteur thermique, et une canule d’échappement évacuant le flux de gaz d’échappement à l’atmosphère.
Le système de purification est configuré pour faire passer le flux de gaz d’échappement au travers d’un organe de purification catalytique adapté pour transformer au moins une partie des particules polluantes en composés de moindre nocivité voire inoffensifs, tels que du diazote (N2), du dioxyde de carbone (CO2) et de l’eau (H2O).
Les réactions chimiques impliquées dans la transformation précitée se produisent de manière optimale lorsque l’organe de purification catalytique est à un niveau de température déterminé. Afin d’atteindre le niveau de température déterminé, notamment au démarrage du moteur thermique, le système de purification comprend également un organe de chauffage agencé pour pouvoir chauffer le flux de gaz d’échappement en amont de l’organe de purification catalytique.
Un organe de chauffage connu est notamment décrit dans la demande de brevet FR 20 06874 déposée le 30 juin 2020 au nom du demandeur. L’organe de chauffage comprend un circuit de branches configuré pour produire un échauffement de l’organe de chauffage lorsqu’il est parcouru par un courant électrique. Le circuit de branches est réalisé en une mousse en matériau métallique électriquement résistif dont une structure poreuse permet un passage du flux de gaz d’échappement au travers de l’organe de chauffage.
La structure poreuse présente toutefois un agencement aléatoire de pores ne permettant pas d’assurer un échauffement et un écoulement homogènes du flux de gaz d’échappement au travers de l’organe de chauffage. Une telle structure poreuse est, par ailleurs, difficilement reproductible et son comportement ainsi que ses effets ne peuvent pas être modélisés de manière simple et fiable par des simulations numériques.
Résumé
La présente divulgation vient améliorer la situation.
A cet effet, il est proposé un organe de chauffage pour un système de purification de gaz d’échappement d’un moteur thermique, l’organe de chauffage étant destiné à être placé dans un flux de gaz d’échappement et configuré pour chauffer le flux de gaz d’échappement en amont d’un organe de purification catalytique du système de purification, l’organe de chauffage présentant un axe central et des faces amont et aval opposées, transversales par rapport à l’axe central,
dans lequel l’organe de chauffage comprend un circuit de branches constitué de branches agencées de manière adjacente dans un plan d’agencement transversal par rapport à l’axe central, et reliées deux à deux par au moins un élément de connexion, le circuit de branches étant configuré pour permettre un passage du flux de gaz d’échappement depuis la face amont vers la face aval de l’organe de chauffage, et pour produire un échauffement de l’organe de chauffage lorsque ledit circuit de branches est parcouru par un courant électrique,
dans lequel chaque branche est constituée d’au moins une grille présentant un axe de grille et comportant un réseau de mailles agencé transversalement par rapport à l’axe de grille, ledit réseau de mailles étant constitué de mailles comportant chacune au moins deux brins reliés par au moins deux nœuds de manière à délimiter une ouverture.
La mise en œuvre d’une grille avec un réseau de mailles dont l’agencement est maîtrisé permet d’améliorer l’homogénéité de l’échauffement et de l’écoulement du flux de gaz d’échappement. La grille présente une structure aisément reproductible dont le comportement et les effets sont également reproductibles et peuvent être simulés numériquement de manière fiable.
Selon des dispositions particulières, la mise en œuvre d’une ou plusieurs grilles dont la conformation, le nombre et l’agencement peuvent être modulés permet également d’améliorer l’adaptabilité de l’organe de chauffage en termes de résistance électrique, d’échauffement mais également de durabilité.
La grille peut être conformée de manière à s’étendre entre deux plans de grille perpendiculaires à l’axe de grille et décalés l’un par rapport à l’autre selon l’axe de grille.
Dans un mode de réalisation, le réseau de mailles peut comprendre au moins une succession de mailles selon une direction d’extension, chaque maille de la succession de mailles comportant au moins deux portions de maille disposées respectivement dans les plans de grille.
En particulier, le réseau de mailles peut comprendre au moins deux successions de mailles agencées de manière adjacente, les mailles de chaque succession de mailles étant reliées deux à deux par un même nœud d’extension formant l’un des nœuds de chacune desdites mailles, chaque maille de l’une des successions de mailles étant reliée à l’une des mailles de la succession de mailles adjacente par un même nœud de liaison formant l’un des nœuds de chacune desdites mailles, les nœuds d’extension et les nœuds de liaison étant disposés respectivement dans les plans de grille.
Dans un autre mode de réalisation, la grille peut avoir deux bords latéraux opposés s’étendant selon une direction longitudinale parallèle au plan d’agencement, la grille présentant au moins une courbure entre ses bords latéraux autour d’un axe de courbure parallèle à la direction longitudinale.
Dans un mode de réalisation, l’axe de grille peut être sécant, en particulier perpendiculaire, au plan d’agencement.
Pour augmenter une surface d’échange et améliorer la modularité de l’organe de chauffage, chaque branche peut être constituée d’un empilement de grilles solidarisées entre elles de sorte que les axes de grille sont alignés.
Dans un autre mode de réalisation, l’axe de grille peut être parallèle au plan d’agencement.
Lorsque la grille présente une courbure entre ses bords latéraux, les branches peuvent être agencées de sorte qu’au moins une partie de chaque branche est au moins tangente à l’un des plans de grille adjacent de la grille de l’une des branches adjacentes. En variante, les branches peuvent être agencées de sorte qu’au moins une partie de chaque branche est placée entre les plans de grille de la grille de l’une des branches adjacentes. Ainsi, toute une section transversale de l’organe de chauffage est couverte par les grilles du circuit de branches.
Chaque branche peut s’étendre entre deux extrémités opposées, les extrémités de chaque branche étant placées en regard des extrémités de l’une des branches adjacentes, chaque élément de connexion reliant les extrémités en regard de branches adjacentes.
Selon des dispositions particulières, l’organe de chauffage peut être mis en œuvre dans un dispositif de chauffage pour un système de purification de gaz d’échappement d’un moteur thermique, comprenant au moins deux électrodes connectées au circuit de branches de l’organe de chauffage et configurées pour être connectées à une source d’alimentation en courant électrique.
Selon un autre aspect, il est proposé un système de purification de gaz d’échappement d’un moteur thermique, comprenant :
- une enveloppe configurée pour être traversée par un flux de gaz d’échappement,
- un organe de chauffage tel que défini précédemment placé dans l’enveloppe pour être traversé par le flux de gaz d’échappement depuis la face amont vers la face aval,
- un organe de purification catalytique placé dans l’enveloppe en regard de la face aval de l’organe de chauffage et configuré pour traiter le flux de gaz d’échappement,
- une source d’alimentation connectée respectivement au circuit de branches de l’organe de chauffage.
La présente divulgation concerne également une ligne d’échappement d’un véhicule à moteur thermique comprenant :
- au moins un conduit d’échappement configuré pour collecter un flux de gaz d’échappement provenant du moteur thermique,
- un système de purification de gaz d’échappement tel que défini précédemment, l’enveloppe étant solidarisée au conduit d’échappement de telle manière que la face amont de l’organe de chauffage reçoive le flux de gaz d’échappement, et
- une canule d’échappement solidarisée à l’enveloppe du système de purification de gaz d’échappement pour évacuer le flux de gaz d’échappement traité par l’organe de purification catalytique.
La présente divulgation concerne également un véhicule à moteur thermique comprenant une ligne d’échappement telle que définie précédemment.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
– la montre schématiquement une ligne d’échappement d’un véhicule à moteur thermique comprenant un système de purification d’un flux de gaz d’échappement, le système de purification comprenant un organe de chauffage configuré pour chauffer le flux de gaz d’échappement en amont d’un organe de purification catalytique configuré pour réduire une teneur du flux de gaz d’échappement en particules polluantes,
– la montre dans une vue en perspective un premier mode de réalisation de l’organe de chauffage de la , l’organe de chauffage comprenant un circuit de branches constitué de branches reliées deux à deux par un ou plusieurs éléments de connexion, le circuit de branches étant configuré pour permettre un passage du flux de gaz d’échappement, et pour produire un échauffement de l’organe de chauffage lorsqu’il est parcouru par un courant électrique,
– la montre dans une vue de dessus l’organe de chauffage de la ,
– la montre l’une des branches de l’organe de chauffage de la , la branche étant constituée d’une grille comportant un réseau de mailles agencé transversalement par rapport à un axe de grille, chaque maille comportant deux portions de maille disposées respectivement dans deux plans de grille perpendiculaires à l’axe de grille et décalés l’un par rapport à l’autre selon l’axe de grille, l’axe de grille étant perpendiculaire à un plan d’agencement dans lequel les branches sont agencées,
– la montre une variante de la branche de l’organe de chauffage de la , la branche étant constituée d’un empilement de grilles analogues à celles de la solidarisées entre elles de sorte que les axes de grille sont alignés,
– les figures 6 et 7 montrent dans des vues en perspective et de dessus un deuxième mode de réalisation de l’organe de chauffage de la ,
– la montre l’une des branches de l’organe de chauffage des figures 6 et 7, la branche étant constituée d’une grille présentant deux courbures entre des bords latéraux et dont l’axe de grille est parallèle au plan d’agencement,
– la montre une représentation partielle en coupe selon l’orientation référencée IX-IX sur la , illustrant l’agencement des branches les unes par rapport aux autres,
– la montre une variante de l’une des branches de l’organe de chauffage des figures 6 et 7, la branche étant constituée d’une grille présentant une seule courbure entre les bords latéraux,
– la montre l’agencement des branches selon la variante de la les unes par rapport aux autres.

Claims (12)

  1. Organe de chauffage (31) pour un système de purification (10) de gaz d’échappement d’un moteur thermique, l’organe de chauffage (31) étant destiné à être placé dans un flux de gaz d’échappement et configuré pour chauffer le flux de gaz d’échappement en amont d’un organe de purification catalytique (20) du système de purification (10), l’organe de chauffage (31) présentant un axe central (A) et des faces amont (31a) et aval (31b) opposées, transversales par rapport à l’axe central (A),
    dans lequel l’organe de chauffage (31) comprend un circuit de branches constitué de branches (32 ; 32’ ; 52 ; 52’) agencées de manière adjacente dans un plan d’agencement (Pa) transversal par rapport à l’axe central (A), et reliées deux à deux par au moins un élément de connexion (34 ; 54), le circuit de branches étant configuré pour permettre un passage du flux de gaz d’échappement depuis la face amont (31a) vers la face aval (31b) de l’organe de chauffage (31), et pour produire un échauffement de l’organe de chauffage (31) lorsque ledit circuit de branches est parcouru par un courant électrique,
    l’organe de chauffage (31) étant caractérisé en ce que chaque branche (32 ; 32’ ; 52 ; 52’) est constituée d’au moins une grille (40 ; 60 ; 60’) présentant un axe de grille (B) et comportant un réseau de mailles agencé transversalement par rapport à l’axe de grille (B), ledit réseau de mailles étant constitué de mailles (45) comportant chacune au moins deux brins (46) reliés par au moins deux nœuds (47) de manière à délimiter une ouverture.
  2. Organe de chauffage (31) selon la revendication 1, dans lequel la grille (40 ; 60 ; 60’) est conformée de manière à s’étendre entre deux plans de grille (Pg) perpendiculaires à l’axe de grille (B) et décalés l’un par rapport à l’autre selon l’axe de grille (B).
  3. Organe de chauffage (31) selon la revendication 2, dans lequel le réseau de mailles comprend au moins une succession de mailles selon une direction d’extension (De), chaque maille (45) de la succession de mailles comportant au moins deux portions de maille disposées respectivement dans les plans de grille (Pg).
  4. Organe de chauffage (31) selon la revendication 3, dans lequel le réseau de mailles comprend au moins deux successions de mailles agencées de manière adjacente, les mailles (45) de chaque succession de mailles étant reliées deux à deux par un même nœud d’extension formant l’un des nœuds (47) de chacune desdites mailles (45), chaque maille (45) de l’une des successions de mailles étant reliée à l’une des mailles (45) de la succession de mailles adjacente par un même nœud de liaison formant l’un des nœuds (47) de chacune desdites mailles (45), les nœuds d’extension et les nœuds de liaison étant disposés respectivement dans les plans de grille (Pg).
  5. Organe de chauffage (31) selon la revendication 2, dans lequel la grille (60 ; 60’) a deux bords latéraux (61 ; 61’) opposés s’étendant selon une direction longitudinale (L) parallèle au plan d’agencement (Pa), la grille (60 ; 60’) présentant au moins une courbure (65) entre ses bords latéraux (61 ; 61’) autour d’un axe de courbure (C) parallèle à la direction longitudinale (L).
  6. Organe de chauffage (31) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’axe de grille (B) est sécant, en particulier perpendiculaire, au plan d’agencement (Pa).
  7. Organe de chauffage (31) selon la revendication 6, dans lequel chaque branche (32’) est constituée d’un empilement de grilles (40) solidarisées entre elles de sorte que les axes de grille (B) sont alignés.
  8. Organe de chauffage (31) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’axe de grille (B) est parallèle au plan d’agencement (Pa).
  9. Organe de chauffage (31) selon la revendication 8 lorsqu’elle dépend de la revendication 5, dans lequel les branches (52 ; 52’) sont agencées de sorte qu’au moins une partie de chaque branche (52 ; 52’) est au moins tangente à l’un des plans de grille (Pg) adjacent de la grille (60 ; 60’) de l’une des branches (52 ; 52’) adjacentes.
  10. Organe de chauffage (31) selon la revendication 8, lorsqu’elle dépend de la revendication 5, dans lequel les branches (52) sont agencées de sorte qu’au moins une partie de chaque branche (52) est placée entre les plans de grille (Pg) de la grille (60 ; 60’) de l’une des branches (52) adjacentes.
  11. Organe de chauffage (31) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel chaque branche (32 ; 32’ ; 52 ; 52’) s’étend entre deux extrémités opposées, les extrémités de chaque branche (32 ; 32’ ; 52 ; 52’) étant placées en regard des extrémités de l’une des branches (32 ; 32’ ; 52 ; 52’) adjacentes, chaque élément de connexion (34 ; 54) reliant les extrémités en regard de branches (32 ; 32’ ; 52 ; 52’) adjacentes.
  12. Système de purification (10) de gaz d’échappement d’un moteur thermique, comprenant :
    - une enveloppe (11) configurée pour être traversée par un flux de gaz d’échappement,
    - un organe de chauffage (31) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 placé dans l’enveloppe (11) pour être traversé par le flux de gaz d’échappement depuis la face amont (31a) vers la face aval (31b),
    - un organe de purification catalytique (20) placé dans l’enveloppe (11) en regard de la face aval (31b) de l’organe de chauffage (31) et configuré pour traiter le flux de gaz d’échappement,
    - une source d’alimentation (25) connectée respectivement au circuit de branches de l’organe de chauffage (31).
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